Puiden paksuuskasvun salaisuus on vihdoin selvitetty
Korkeuksiin kurottavia jättipuita ihastellessa unohtuu helposti, että näiden elollisten pilvenpiirtäjien kymmenien ja jopa satojen vuosien elinkaari ei perustu pituus- vaan paksuuskasvuun eli rungon paksuuntumiseen.
Kasvien ulkokuoren alla sijaitseva ohut solukerros jälsi tekee kasveista tukevampia ja tuottaa jokapäiväisten hyödykkeiden raaka-aineita kuten puuta ja korkkia. Jälsi tuottaa erikoistuneita johtosolukkoja, jotka kuljettavat vettä ja ravinteita kasvin eri osiin ja jotka tunnetaan puunrunkojen poikkileikkauksessa näkyvinä sisäkkäisinä vuosirenkaina. Kasvien ja puiden paksuuskasvu kestää usein koko niiden eliniän.
Jälsi on niin ikään vastuussa nauriin, porkkanan ja perunan sekä muiden juuri- ja mukulakasvien kasvusta. Siitä huolimatta kasvien varsien ja juurien paksuuskasvun mekanismeista tiedetään hyvin vähän.
Helsingin ja Cambridgen yliopistojen kasvitieteilijät ovat tahoillaan löytäneet kaksi säätelyverkostoa, jotka ohjaavat tätä kasveille ratkaisevan tärkeää paksuuskasvua. Tänään Nature-tiedelehdessä julkaistuissa artikkeleissa esitellyt löydökset ovat toistaiseksi kattavin kuvaus siitä, miten kasvit kasvavat paksuutta.
Uusien tutkimustulosten ansiosta kasvitieteen oppikirjojen kuvaukset kasvien kahden johtosolukkotyypin – vettä kuljettavan ksyleemin eli puuaineksen ja ravinteita kuljettavan nilan – synnystä, eriytymisestä ja kasvusta on kirjoitettava uudestaan.
Miten kasvit säätelevät ja ohjaavat paksuuskasvua?
Tohtori Ari Pekka Mähösen tutkimusryhmä Helsingin yliopiston Biotekniikan instituutista(HiLIFE) ja Bio- ja ympäristötieteellisestä tiedekunnasta ratkaisi 150 vuotta jatkuneen kiistan paksuuskasvusta vastaavien kantasolujen sijainnista ja olemuksesta tutkimalla paksuuskasvun aikaista solunmuodostusta lituruoho-kasvimallin (Arabidopsis thaliana) avulla. Ryhmä osoitti, että jällen (solukko, joka muodostaa sekundäärisen johtosolukon) kantasolut sijaitsevat tuoreen puuaineksen vieressä. Lisäksi Mähösen ryhmä osoitti, että kehittyvä puuaines ohjaa kantasolujen toimintaa.
Samaa kasvimallia hyödyntämällä professori Yrjö Helariutan ryhmä, joka siirtyi projektin aikana Helsingin yliopistosta Cambridgen yliopiston Sainsbury-laboratorioon (SLCU) paneutui johtosolukon muodostumisen alkuvaiheeseen. Helariutan tutkimuksessa havaittiin, että toisin kuin loppuvaiheessa, alkuvaiheen nuoret nilasolut (protonila) käynnistävät jällen muodostumisen ensimmäisen vaiheen (esijälsivaiheen) ja ohjaavat sitä. Lisäksi ryhmä kuvaili prosessin taustalla olevan geenisäätelyverkoston ja tuoreeltaan löydetyn mobiilin säätelyproteiiniryhmän yhdistävän tehtävän.
Yhdessä edellä mainitut löydökset selittävät osin sen, miten kasvit pystyvät jatkuvasti ja erittäin järjestelmällisesti kasvamaan paksuutta, minkä ansiosta juurien ja runkojen poikkileikkauksissa nähdään samankeskisiä vuosirenkaita. Ratkaisevia tekijöitä ovat solujen sijainti ja niiden välillä oleva monimutkainen molekulaarinen signallointiverkosto.
Yksittäisiä solulinjoja jäljittämällä ja molekyyligenetiikkaa käyttäen Mähösen ryhmä näytti, miten erilaistumattomat alkuvaiheen puuainessolut toimivat eräänlaisina kantasolujen organisointisoluina, jotka ottavat vastuun viereisen johtosolukon jakautumisesta ja toimimisesta kantasoluina.
– Näytimme, että tämä sekundäärinen kehitysvaihe on tarkkaan säädelty prosessi, ja paljastimme samalla, että kantasolu ja sitä ohjaava organisointisolu ovat dynaamisia: järjestäjäsolun erilaistuminen puuainekseksi synnyttää uuden järjestäjäsolun viereiseen jällen kantasoluun, joka johtaa taas uuden kantasolun muodostumiseen nilan puolelle jälttä. Tämä syklinen prosessi toistuu aina, kun puuainesta muodostuu. Lisäksi ryhmämme tunnisti molekulaarisen mekanismin joka ylläpitää järjestäjäsolujen identiteettiä.
Millaisia ovat jällen kasvusolukon toimintaa säätelevät kemialliset signaalit?
Ennen kuin paksuuskasvu alkaa, juuren ja verson kärjessä olevan puuaineksen ja nilan väliin muodostuu ohut kasvusolukkokerros (erilaistumatonta solukkoa, jossa on kasvua edistäviä kantasoluja) nimeltään esijälsi. Se havaittiin ensimmäisen kerran jo 1800-luvulla, mutta mekanismia, jolla esijälsi tuottaa kahdenlaisia johtojännesoluja ja kehittyy lopulta jälleksi, ei ymmärretty.
– Erittäin varhaisen vaiheen nilasolukko (esinila) auttaa ohjaamaan solujen käyttäytymistä ja muodostamaan tulevaan paksuuskasvuun vaikuttavia mahdollisia kasvutekijöitä, professori Helariutta kertoo.
– Esinila komentaa vieressään olevia soluja jakautumaan ja samalla koordinoi niiden kehitystä. Osoitimme, että juurien esijälsisolukossa olevan protonilan siiviläsolut vaikuttivat paksuuskasvun alkuvaiheisiin.
Mähösen ja Helariutan tutkimusryhmät jatkavat molekulaarisen viestinnän ohjailun selvittämistä lituruohossa. Mähösen ryhmä tutkii miten muut jällen säätelytekijät vuorovaikuttavat järjestäjäsolujen identiteettiä ylläpitävän mekanismin kanssa, kun taas Helariutan ryhmä paneutuu selvittämään, miten alkuvaiheen paksuuskasvu vaikuttaa sekundääriseen paksuuskasvuun. Näiden tutkimustulosten avulla voidaan mahdollisesti vaikuttaa puiden kasvunopeuteen ja puuaineksen lujuuteen sekä viljelykasvien satoihin. Paksuuskasvun tehostaminen lisää myös ilmakehän kasvihuonekaasuja sitovaa hiilinieluefektiä.
Alkuperäiset julkaisut:
Nature: “Mobile PEAR transcription factors integrate positional cues to prime cambial growth” http://dx.doi.org/10.1038/s41586-018-0839-y
Nature: “High levels of auxin signalling define the stem-cell organizer of the vascular cambium” http://dx.doi.org/10.1038/s41586-018-0837-0
Lehdistötilaisuus:
Yrjö Helariutta ja Ari Pekka Mähönen kertovat tutkimustuloksistaan mediatilaisuudessa Suomen Akatemiassa (Hakaniemenranta 6, 1. krs) torstaina 17.1. klo 13.30–15.00. Heidän tutkimustyönsä on osa Suomen Akatemian Primaarituottajien molekyylibiologian huippuyksikköä.
Yhteyshenkilöt
Ari Pekka Mähönen
Tutkimusryhmänjohtaja
aripekka.mahonen@helsinki.fi
+358294159440
Yrjö Helariutta
Kasvien kehitysbiologian professori
yrjo.helariutta@helsinki.fi
+358504485842
Anu Partanen
Viestinnän asiantuntija
anu.partanen@helsinki.fi
+358505560948
Linkit
Tietoja julkaisijasta
PL 3
00014 Helsingin yliopisto
02941 22622 (mediapalvelu) 02941 911 (vaihde) (vaihde)https://www.helsinki.fi/fi/yliopisto
Helsingin yliopisto on yli 40 000 opiskelijan ja työntekijän kansainvälinen yhteisö, joka tuottaa tieteen voimalla kestävää tulevaisuutta koko maailman parhaaksi. Kansainvälisissä yliopistovertailuissa Helsingin yliopisto sijoittuu maailman parhaan yhden prosentin joukkoon. Monitieteinen yliopisto toimii neljällä kampuksella Helsingissä sekä Lahden, Mikkelin ja Seinäjoen yliopistokeskuksissa. Lisäksi sillä on kuusi tutkimusasemaa eri puolilla Suomea ja yksi Keniassa. Yliopisto on perustettu vuonna 1640.
Tilaa tiedotteet sähköpostiisi
Haluatko tietää asioista ensimmäisten joukossa? Kun tilaat tiedotteemme, saat ne sähköpostiisi välittömästi julkaisuhetkellä. Tilauksen voit halutessasi perua milloin tahansa.
Lue lisää julkaisijalta Helsingin yliopisto
Helsingin yliopiston operatiivinen tulos 2023 oli 16 miljoonaa euroa miinuksella17.4.2024 14:37:06 EEST | Tiedote
Varainhankinta sekä sijoitus- ja rahoitustuotot nostivat kokonaistuloksen plussalle. Yliopisto lisää sijoitustoiminnan tuotonjakoa perustehtävään seuraavien viiden vuoden ajan.
Pelastakaa tiede! -dokumenttielokuva kertoo tieteen evakuoinnin tarinan17.4.2024 10:28:01 EEST | Tiedote
Kirjailija, FT Anna Kortelainen, Kansalliskirjasto ja Kirjastokaista ovat tuottaneet yhteistyössä dokumentin, joka pureutuu Kansalliskirjaston aineistojen evakuointiin talvi- ja jatkosodan aikana. Elokuva julkaistaan 17.4.2024 Kirjastokaistan verkkosivuilla sekä Kansalliskirjaston Youtube-kanavalla.
Kutsu medialle: Tule seuraamaan Viikin tutkimustilan lehmien keväistä laitumellelaskua 4.5.!15.4.2024 14:44:21 EEST | Tiedote
Helsingin yliopisto, Valio ja maatalousylioppilaiden yhdistys Sampsa kutsuvat median edustajat osallistumaan Suomen urbaanimpien lehmien laitumellelaskuun Viikin tutkimustilalla lauantaina 4. toukokuuta.
Diabeteslääke voi tehostaa immuunipuolustuksen taistelua rintasyöpää vastaan12.4.2024 10:11:23 EEST | Tiedote
Tyypin 2 diabeteslääke metformiini voi tutkimuksen mukaan auttaa elimistön immuunijärjestelmää tunnistamaan paremmin syöpäsoluja ja tehostaa puolustusreaktiota niitä vastaan.
Suurten suojelualueiden merkitys korostuu pohjoisten lintulajien suojelussa12.4.2024 09:31:44 EEST | Tiedote
Nykyinen suojelualueverkosto ei riitä hidastamaan kylmään sopeutuneiden, pohjoisten lajien, kuten järripeipon, taantumista pohjoisella pallonpuoliskolla, osoittaa Helsingin yliopiston tuore tutkimus. Tehokkain tapa hidastaa pohjoisten lajien häviämistä on suurten suojelualueiden perustaminen.
Uutishuoneessa voit lukea tiedotteitamme ja muuta julkaisemaamme materiaalia. Löydät sieltä niin yhteyshenkilöidemme tiedot kuin vapaasti julkaistavissa olevia kuvia ja videoita. Uutishuoneessa voit nähdä myös sosiaalisen median sisältöjä. Kaikki tiedotepalvelussa julkaistu materiaali on vapaasti median käytettävissä.
Tutustu uutishuoneeseemme